汽車面漆用顏料的性能要求及主要類型

0前言

汽車涂料是一種高裝飾性和高保護性的涂料。作為成膜物質(zhì)中的一個重要組成，顏料，特別是用于汽車面漆的顏料，對保證汽車涂料的高裝飾性和高耐久性有著十分重要的作用。配合現(xiàn)代化的外型設(shè)計，鮮艷或雅致的色彩是汽車生產(chǎn)商吸引客戶并使之產(chǎn)生高質(zhì)量內(nèi)在性能的品牌聯(lián)想的一個有效手段。隨著顏料和涂料工業(yè)的發(fā)展及環(huán)保法規(guī)的加強，汽車面漆用顏料品種的推薦和采用也在不斷地發(fā)生變化。一些高性能顏料的出現(xiàn)和因?qū)＠狡诙占埃ㄈ鏒PP紅），使一些性價比不太高的顏料逐漸淡出市場。而從毒性方面考慮，一些價廉色美的顏料，如鉻黃和鉬鉻紅等也不再在汽車涂料中采用。本文將根據(jù)筆者近年在工作中了解的歐洲汽車面漆中顏料的使用情況以及一些顏料公司的近期產(chǎn)品介紹，對當(dāng)前在汽車面漆中推薦和使用的顏料作一介紹。不確之處，敬請有識者指正。

1汽車面漆用顏料的性能要求

汽車面漆用顏料應(yīng)具有下列四方面的性能：

（1）優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。

優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性不僅是指顏料有很好的耐各種化學(xué)品的牢度，如耐汽油、耐潤滑油、耐酸、耐堿、耐溶劑（抗?jié)B色）、耐鹽霧、耐水、耐濕熱，而且在各種氣候條件下戶外長期使用時有很好的耐日曬雨淋、耐紫外線、耐二氧化硫的牢度，即有優(yōu)良的保光、保色、耐粉化的戶外耐久性。另外，考慮到汽車涂料固化時的過烘烤試驗，還應(yīng)有較高的耐熱溫度（180℃）。

（2）優(yōu)良的色彩性能。

在良好的分散狀態(tài)下顏料所展現(xiàn)的顏色、色相和飽和度應(yīng)能滿足用戶的要求。通常要有較高的著色力和涂膜光澤。不透明的顏料應(yīng)有較高的遮蓋力，透明的顏料要有很好的透明性。此外，顏料的色彩重現(xiàn)性要好，即不同批次同一牌號的顏料要有很窄的主色、色相、著色力等顏色指標的容許范圍。

（3）良好的應(yīng)用性能。

在研磨分散和配漆時，顏料要有很好的分散性、抗絮凝性和貯存穩(wěn)定性，所得色漿要有很好的流動性以滿足現(xiàn)代汽車涂料制造時電腦自動配色的工藝要求。（4）低毒性。

2汽車面漆用顏料的主要類型

2.1無機顏料

當(dāng)前可用于汽車面漆的無機顏料主要有鈦白、炭黑、氧化鐵顏料、釩酸鉍黃、金屬氧化物混相顏料以及作為效果顏料的閃光鋁粉和云母珠光粉等。本文不準備討論鋁粉和珠光粉這兩種效果顏料。經(jīng)過包膜等表面處理而提高了耐光、耐候性的鉛鉻黃（PY34）和鉬鉻紅（PR104）就毒性之外的性能而言是適用于汽車涂料的，但由于毒性，已不再在汽車涂料中使用。同樣理由而禁用的還有鎘紅。釩酸鉍黃是20世紀80年代商品化的一種無機黃顏料（PY184）。其化學(xué)組成為BiVO4/nBi2MoO4，是釩__酸鉍和鉬酸鉍的一種兩相顏料，色相接近于檸檬黃?；瘜W(xué)式中n=0.2~2，綠相隨n數(shù)值的增大而增加。它的最大特點是毒性極低，顏色明亮清潔，有優(yōu)良的耐熱、耐候、耐光、耐化學(xué)品和耐溶劑性。其遮蓋力很好，相似于鈦白而有較高的著色力，是鉻黃顏料理想的無毒替代品。缺點是密度高（7左右），易沉淀。金屬氧化物混相顏料是一類化學(xué)穩(wěn)定性極佳的無機顏料。在穩(wěn)定的金屬氧化物的晶體結(jié)構(gòu)中，有色的金屬離子能呈現(xiàn)其顏色?；煜囝伭峡梢钥醋鹘饘傺趸锏墓腆w溶液。不同的氧化物的組成能產(chǎn)生不同的顏色，如鈦鎳黃（PY53，NiO·Sb2O3·20TiO2）、鉻銻鈦棕（PBr24，Cr2O3·Sb2O3·31TiO2）、鈷藍（PB28，CoO·Al2O3）和銅鉻黑（PBk28，CuO·Cr2O3）等。這類顏料的特點是有很好的耐高溫、耐酸、耐堿、耐光和耐候性，缺點是著色力低，某些品種的分散性不夠好。它們的主要用途是陶瓷和搪瓷著色，在涂料中主要用于耐高溫和卷材涂料。在汽車面漆中可用于淺色的金屬閃光底色漆。

2.2有機顏料

2.2.1偶氮顏料

偶氮顏料的色澤鮮艷，著色力強，色譜較廣，主要有黃、橙、紅、棕等。但傳統(tǒng)的單偶氮和雙偶氮顏料的耐光、耐熱、耐溶劑及耐遷移性等牢度較差，不宜在汽車面漆中使用。對偶氮顏料在化學(xué)結(jié)構(gòu)上進行改性能改進它們的各種牢度性能。改性主要有2個方向：一是導(dǎo)入能提高化學(xué)穩(wěn)定性的基團，二是增加相對分子質(zhì)量并相應(yīng)增加分子中的酰胺基團。前一種改性的成功品種是苯并咪唑酮偶氮顏料。它們的性能很好，滿足汽車面漆的要求。苯并咪唑酮可看作是環(huán)狀酰胺結(jié)構(gòu)。顏料研究者發(fā)現(xiàn)：在偶氮顏料的分子結(jié)構(gòu)中，酰胺基越多，其耐光、耐熱、耐溶劑等性能就越好。如在色酚AS系紅色單偶氮顏料中除分子中原有的一個酰胺基之外，再導(dǎo)入一個酰胺基（如PR170和PR188），就能使改性后顏料的性能基本上達到汽車面漆的要求，考慮到性價比而可在汽車面漆中使用。后一種增加相對分子質(zhì)量方法的代表品種是縮合偶氮顏料。這種偶氮顏料是通過縮合的方法將兩個單偶氮顏料聯(lián)在一起，既增加了相對分子質(zhì)量又增加了分子中酰胺基的數(shù)目，因而提高了性能?？s合偶氮顏料有很好的耐熱和耐遷移性，性能上能符合汽車面漆的要求，但其著色力相對較低。目前主要在塑料和合成纖維中使用，已不再在汽車面漆中推薦。

2.2.2酞菁顏料

酞菁顏料是一類性價比較高的高性能顏料，其色譜為藍和綠。涂料用的酞菁顏料在耐光、耐熱、耐溶劑等各種抗性上都能滿足汽車面漆的要求。在汽車面漆中通常推薦抗絮凝型的品種，如PB15∶2、PB15∶4、PB15∶6、PG36和某些PG7。

2.2.3稠環(huán)和雜環(huán)顏料

（1）喹吖啶酮顏料

這是一類具有很好綜合性能的顏料，適用于汽車面漆。根據(jù)其取代基和晶型的不同，顏色有藍相紅（如R122及γ型PV19）和紅相紫（β型PV19）等。

（2）苝系顏料

苝系顏料是由還原染料轉(zhuǎn)化來的一種顏料，其色譜主要是紅、醬紅和紫，也有棕（PBr26）和黑（PBk32）。苝系顏料也屬于高性能顏料，其綜合性能也很好，但一些早期產(chǎn)品在低濃度時的耐光牢度不夠好。近年來通過改進，很多產(chǎn)品已不再存在這個問題而可以高度沖淡仍保持很好的耐光牢度，可作配色或在金屬閃光底色漆中使用。

（3）DPP顏料

DPP，即吡咯并吡咯二酮，是Ciba公司在1986年推出的一種顏色飽和度高，綜合性能好的以紅色為主的顏料。色譜中除紅色外，尚有橙、紫，由不同的取代基所決定。這類顏料中最早推出的是不透明的大紅PR254（DPP紅BO），現(xiàn)在也有高透明性的藍相紅PR264。隨著DPP顏料的專利在2003年的到期，這類顏料的生產(chǎn)和應(yīng)用逐漸增多。

（4）二嗪顏料

二嗪顏料中最有名的是咔唑二嗪紫PV23。它的著色力非常高，在非常低的濃度下也有很好的耐光牢度，其它性能也很好。缺點是在分散時不容易解絮凝。雖然也有抗絮凝型的產(chǎn)品問世，但與白漆混合后的抗浮色發(fā)花試驗（指擦試驗）的結(jié)果仍難于滿意。近年來，二嗪顏料中又出現(xiàn)了一個新品種PB80，化學(xué)名稱為苯并咪唑酮二嗪。它兼?zhèn)淞吮讲_咪唑酮結(jié)構(gòu)和二嗪結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性，其各種性能十分優(yōu)良，并且著色力比PV23還高，色相為紅相藍。

（5）異吲哚啉和喹酞酮顏料

異吲哚啉系顏料中以四氯異吲哚啉酮中的PY109（綠相黃）和PY110（紅相黃）及異吲哚啉PY139（紅相黃）較為常用。這也是一類適用于汽車面漆的顏料，色譜除黃色之外，尚有橙、紅、棕等。喹酞酮也是一種性能很好的顏料。目前僅有BASF公司的PY138（綠相黃）仍推薦于汽車面漆中使用。

（6）蒽醌類顏料

蒽醌類顏料也是由還原染料發(fā)展而成。在汽車面漆中目前常用的主要有蒽醌紅PR177和陰丹酮藍PB60，此外尚有二溴代蒽締蒽酮紅PR168。蒽醌類顏料中以前還常提到黃烷士酮PY24（紅相黃）和蒽嘧啶PY108（綠相黃），由于性能不很突出，現(xiàn)已不再在汽車面漆中推薦。除了苝和蒽醌之外，其它的還原顏料尚有芘酮和硫靛。芘酮（perinone）類顏料的性能與苝系顏料相近，其中PO43性能較好。硫靛類顏料中以前常推薦的有PR88，是一種紅相紫，現(xiàn)已不再在汽車面漆用顏料的產(chǎn)品目錄中出現(xiàn)。

2.2.4金屬絡(luò)合顏料

有機顏料結(jié)構(gòu)中如有絡(luò)合的金屬原子，則其耐熱、耐溶劑和耐光牢度等性能大大提高。其實酞菁顏料就是銅的絡(luò)合顏料，因它是一個大類，就單獨列出了。其它的金屬絡(luò)合顏料中曾在汽車面漆中應(yīng)用的主要有鎳偶氮絡(luò)合物（代表品種為綠相黃PY150和黃相綠PG10）和金屬亞甲胺絡(luò)合物（如亞甲胺銅絡(luò)合物PY129，亞甲胺鎳絡(luò)合物PY153和PR257）。除PR257之外，其余的金屬絡(luò)合顏料因種種原因已不再在汽車面漆中推薦。

3各色顏料概述

3.1白色顏料

在汽車面漆中使用的白色顏料基本上是鈦白。適宜的類型是ASTMD476分類中的第4類，即高耐久性（高抗粉化性）金紅石型鈦白粉，如在歐洲配方中常用的Kronos2310。各種牌號的鈦白粉由于其表面處理和所用樹脂體系的不同，適用的潤濕分散劑也不同。通常應(yīng)通過實驗在酸性（如DISPERBYK-110），堿性（如DISPERBYK-161）和中性（如DISPERBYK-180）的3種分散劑中確定那一種最合適。對某一特定牌號的鈦白粉在特定基料體系中的潤濕分散劑一旦選定，不可輕易改動。因為鈦白粉的分散穩(wěn)定狀態(tài)對復(fù)色漆的浮色發(fā)花現(xiàn)象影響較大。分散劑的用量在2%左右（助劑活性成分對顏料質(zhì)量計，下同）。納米級的二氧化鈦又稱透明二氧化鈦，常在金屬閃光底色漆中配合鋁粉或珠光粉使用，是一種輔助型效果顏料。因其粒徑小，比表面積大，分散劑的用量應(yīng)較高。合適的分散劑為DISPERBYK-180，用量為10%~15%。

3.2黑色顏料

汽車面漆用黑色顏料基本上是炭黑。如作全黑漆則要用高色素炭黑，如Raven5000UltraII，Monarch1400和FW200。如用作配色，則可用低色素炭黑，如特黑100或中色素炭黑，如特黑4等。經(jīng)過表面處理，pH值小于7的炭黑容易分散穩(wěn)定；pH值大于7的炭黑分散穩(wěn)定比較困難。炭黑的分散穩(wěn)定應(yīng)使用高相對分子質(zhì)量解絮凝型的潤濕分散劑，如DISPERBYK-161，DISPERBYK-2000，-2001，-2025等，用量根據(jù)其比表面積的大小在30%~90%之間。黑色顏料中的PBk10石墨和PBk34二硫化鉬都是銀灰色的片狀顏料，可在金屬閃光底色漆中與鋁粉或珠光粉共用，能產(chǎn)生綢緞狀的效果。石墨用于深灰色、二硫化鉬用于淺灰色的底色漆。

3.3藍色顏料

藍色顏料以酞菁藍為主。酞菁藍顏料中α型帶紅光（PB15∶1，PB15∶2），β型帶青光（PB15∶3，PB15∶4），ε型（PB15∶6）的紅光更強。PB15∶2，PB15∶4和PB15∶6都是抗絮凝型顏料，在汽車面漆中優(yōu)先推薦。但PB15∶1和PB15∶3在使用了3%~5%的增效劑BYKS-2100之后，其抗絮凝性也能大大提高而可在汽車面漆中使用。以上這些酞菁藍都是酞菁的銅絡(luò)合物。PB16是不含金屬原子的酞菁藍。它是一種綠相的略帶熒光的藍，性能略遜于含銅的酞菁藍，但在淺色的金屬色底__色漆中有較好的耐久性。除酞菁藍之外，汽車面漆中也使用陰丹酮藍PB60。PB60也是一種紅光藍，也有很好的耐光等性能。比PB60更紅相的有前面已提到的性能優(yōu)良、著色力很高的新品種——苯并咪唑酮二嗪PB80。對有機顏料，不論是藍色或其它顏色，在汽車面漆中應(yīng)用時一般都應(yīng)使用高相對分子質(zhì)量解絮凝型潤濕分散劑。對溶劑型體系，除非有特殊提示，通常可使用DISPERBYK-161，-2000，-2001，-2025，-2163等，用量一般為15%~30%。對水性體系，可使用DISPERBYK-184，-190，-2010，-2015等，用量一般為20%~40%。

3.4綠色顏料

酞菁藍顏料分子中4個苯環(huán)上的16個H原子被Cl和Br原子取代時，顏色就由藍變?yōu)榫G。取代的Cl原子越多，顏色就越綠，Br原子越多，綠色就越顯黃相。汽車面漆中使用的酞菁綠顏料主要有2種：一種是PG7，每個銅酞菁分子中約有13~15個H原子被Cl原子所取代。10個Cl原子取代的銅酞菁稱PB76，顏色在藍和綠之間，為青色。另一種為PG36，由Cl原子和Br原子混合取代，取代數(shù)為12~15，其中Br原子數(shù)為4~10。PG36是黃相綠，其分散穩(wěn)定性優(yōu)于PG7，是抗絮凝型。一部分PG7的抗絮凝性不良，與PB15∶1和PB15∶3一樣，在使用分散劑的同時，尚需添加3%~5%的增效劑BYKS-2100，才能使色漿有較好的分散效果（透明性、流動性和著色力等）。

3.5黃色顏料

對黃色無機顏料，目前適用的有釩酸鉍黃和氧化鐵黃，后者又有不透明和透明兩類。不透明型氧化鐵黃通常僅作配色之用，而透明氧化鐵黃則在金屬色底色漆中使用。適用于氧化鐵黃的潤濕分散劑是DISPERBYK-110和-180，用量對不透明型為7%，透明型的為25%。適用于釩酸鉍黃的潤濕分散劑是DISPERBYK-110，用量為10%。黃色有機顏料中可用的有苯并咪唑酮偶氮顏料，如PY151、PY154和PY175等。近年來Clariant公司推出了雙偶氮顏料PY219，其具體化學(xué)結(jié)構(gòu)式尚未披露，據(jù)推測是一種雙苯并咪唑酮改性的雙偶氮顏料。它是一種很綠相的黃顏料，性能十分優(yōu)良，有很好的遮蓋力和著色力，很高的光澤和色飽和度，是與釩酸鉍黃一起使用的理想伴侶。Clariant公司近年推出的另一個高性能黃顏料是PY213，是苯并喹啉二酮改性偶氮顏料。苯并喹啉二酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)與苯并咪唑酮很接近，后者是含1個羰基的環(huán)狀酰胺基（—NH—CO—NH—），而前者是含2個羰基的環(huán)狀酰胺基（—NH—CO-CO—NH—），所以有很好的性能。異吲哚啉酮黃PY109和PY110、異吲哚啉黃PY139，PY185以及喹酞酮黃PY138是另外幾種可用于汽車面漆的黃色有機顏料。如前所述，一些幾年前還在汽車面漆中使用的黃色顏料，因種種原因目前已不再推薦。

3.6橙色顏料

橙色顏料中有苯并咪唑酮偶氮顏料PO36和PO62，DPP型顏料PO73，DPP與異吲哚啉的共結(jié)晶產(chǎn)品IragzinOrange2037（無CI名）和芘酮PO43。PO43有很好的各種牢度，較高的飽和度和很高的著色力，但作全色漆時在戶外有發(fā)暗傾向，因此主要用于配色，在金屬色底色漆中可模仿銅的效果。

3.7紅色顏料

用于汽車面漆的紅色無機顏料目前僅限于氧化鐵紅。和氧化鐵黃一樣，氧化鐵紅也有不透明和透明型兩種，后者用于金屬色底色漆。適用于氧化鐵紅的潤濕分散劑及用量與氧化鐵黃的相似。適用的紅色有機顏料有偶氮、喹吖啶酮、苝、DPP和蒽醌幾類。如前所述，偶氮類紅色顏料主要是苯并咪唑酮改性的，如PR176和PBr25以及增加了酰胺基的單偶氮顏料PR170和PR188。PBr25是一種透明度很好的棕-醬紅色顏料，常用于金屬色底色漆。喹吖啶酮紅中有PR122、PR202、PR207、PR209、γ型PV19及尚無CI顏料名的Ciba公司的RT-355-D（一種透明性和飽和度很好的黃相洋紅）。γ型PV19是藍相紅。苝紅中有PR178（以不透明型為主）、PR179（以透明型為主）、PR224等。DPP紅中最為著名的是PR254（DPP-BO），此外尚有PR255（猩紅），PR264（透明的藍相紅）以及DPP與喹吖啶酮的共結(jié)晶產(chǎn)品尚無CI顏料名的RT-380-D（藍相透明紅）和RT-390-D（高飽和度的透明猩紅）。DPP類顏料在分散穩(wěn)定時，除使__用高相對分子質(zhì)量的解絮凝型潤濕分散劑之外，應(yīng)添加3%~5%的增效劑BYKS-2105。蒽醌紅中有PR177和PR168（二溴代蒽締蒽酮）。Ciba公司的PR177有A2BN和A3B兩個牌號。A2BN有很好的透明性和色漿流動性，適用于汽車面漆，但A3B的色漿流動性差，主要用于油墨。Clariant公司的PR168猩紅有不透明型（GO）和透明型（GOTrans）兩種，是黃光紅。PR168的耐光、耐候性很好，即使在低濃度時也有很好的牢度，但在某些烤漆中的重涂牢度不是最好。

3.8紫色顏料

汽車面漆用紫色顏料主要是咔唑二嗪紫PV23和β型喹吖啶酮PV19，后者是一種紅相紫。除此之外尚有苝紫PV29和鎳絡(luò)合物PR257。PV29是透明性很好的高飽和度的紫色顏料。PR257也是紅相紫，除滿足汽車面漆的耐光、耐候等性能外，Clariant公司的PR257產(chǎn)品3RL有很好的遮蓋力、分散性和解絮凝性。適用于汽車面漆的各色顏料的代表性商品見表1~6，供讀者在選用顏料時參考。

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